一、实验内容:
设计一个数字时钟,显示范围为00:00:00~23:59:59。通过5个开关进行控制,其中开关K1用于切换时间设置(调节时钟)和时钟运行(正常运行)状态;开关K2用于切换修改时、分、秒数值;开关K3用于使相应数值加1调节;开关K4用于减1调节;开关K5用于设定闹钟,闹钟同样可以设定初值,并且设定好后到时间通过蜂鸣器发声作为闹铃。
选做增加项目:还可增加秒表功能(精确到0.01s)或年月日设定功能。
二、实验电路及功能说明
1602显示器电路(不需接线)
电子音响电路
按键说明:
三、实验程序流程图:
四、实验结果分析
定时程序设计:
单片机的定时功能也是通过计数器的计数来实现的,此时的计数脉冲来自单片机的内部,即每个机器周期产生一个计数脉冲,也就是每经过1个机器周期的时间,计数器加1。如果MCS-51采用的12MHz晶体,则计数频率为1MHz,即每过1us的时间计数器加1。这样可以根据计数值计算出定时时间,也可以根据定时时间的要求计算出计数器的初值。MCS-51单片机的定时器/计数器具有4种工作方式,其控制字均在相应的特殊功能寄存器中,通过对特殊功能寄存器的编程,可以方便的选择定时器/
计数器两种工作模式和4种工作方式。
定时器/计数器工作在方式0时,为13位的计数器,由TLX(X=0、1)的低5位和THX的高8位所构成。TLX低5位溢出则向THX进位,THX计数溢出则置位TCON中的溢出标志位TFX.
当定时器/计数器工作于方式1,为16位的计数器。本设计师单片机多功能定时器,所以MCS-51内部的定时器/计数器被选定为定时器工作模式,计数输入信号是内部时钟脉冲,每个机器周期产生一个脉冲使计数器增1。
实时时钟实现的基本方法:
这次设计通过对单片机的学习、应用,以AT89S51芯片为核心,辅以必要的电路,设计了一个简易的电子时钟,它主要通过51单片机综合仿真实验仪实现,通过1602能够准确显示时间,调整时间,它的计时周期为24小时,从而到达学习、设计、开发软、硬件的能力。主要实现功能为显示时间,时间校准调时(采用手动按键调时),闹铃功能(设置定时时间,到点后闹铃发出响声)。通过键盘可以进行校时、定时。闹铃功能使用I/O 口定时翻转电平驱动的无源蜂鸣器。本文主要介绍了工作原理及调试实现。
四个按键K1、K2、K3、K4、一个蜂鸣器。
1602显示时钟、跑表。
时钟的最小计时单位是秒,但使用定时器的方式1,最大的定时时间也只能达到131ms。我们可把定时器的定时时间定为50ms。这样,计数溢出20次即可得到时钟的最小计时单位:秒。而计数20次可以用软件实现。
秒计时是采用中断方式进行溢出次数的累积,计满20次,即得到秒计时。从秒到分,从分到时是通过软件累加并进行比较的方法来实现的。要求每满1秒,则“秒”单元中的内容加1;“秒”单元满60,则“分”单元中的内容加1;“分”单元满60,则“时”单元中的内容加1;“时”单元满24,则将时、分、秒的内容全部清零。
实时时钟程序设计步骤:
先对系统进行初始化,如:LCD1602初始化,DS1302初始化等,然后才能进入主显示模块,即可在LCD1602上看到相应的信息。对于LCD1602的初始化,主要是对开启显示屏,清屏,设置显示初始行等操作。DS1302的初始化主要是先开启写功能,然后写入一个初始值。
本系统采用的是LCD1602液晶显示器,由于其是本身带有驱动模块的液晶屏,所以对于
LCD1602操作程序可分为开显示、设置显示初始行、写数据和清屏等部分。LCD1602的写命令程序和写数据程序分别以子程序的形式写在程序里,以便主程序中的调用。
(1)选择工作方式,计算初值;
(2)采用中断方式进行溢出次数累计;
(3)计时是通过累加和数值比较实现的;
(4)时钟显示缓冲区:时钟时间在方位数码管上进行显示,为此在内部RAM中要设置显示缓冲 区,共6个地址单元。显示缓冲区从左到右依次存放时、分、秒数值;
(5)主程序:主要进行定时器/计数器的初始化编程,然后反复调用显示子程序的方法等待中断 的到来;
(6)中断服务程序:进行计时操作;
(7)加1子程序:用于完成对时、分、秒的加操作,中断服务程序在秒、分、时加1时共有三种 条调用加1子程序,包括三项内容:合字、加1并进行十进制调整、分字。
程序说明:
按K1按键进入设定状态
按K2,依次进入闹钟功能是否启用,闹钟时,分秒,年,月,日及时间时,分,秒的设置,直到退出设置状态 按K3,调整是否起用闹钟和调节闹钟时,分,秒,年,月,日,时间的时,分,秒的数字
LCD第二排中间显示小喇叭,表示启用闹钟功能,无则禁止闹钟功能(可在调整状态进行设置) 正常状态,LCD上排最前面显示自定义字符,LCD下排最前面闪动"_"
设置状态,LCD上排最前面显示"P",下排最前面在设置闹钟时间时显示"alarm_",其它状态显示
"time"
年代变化2000--2099,星期自动转换
程序中有自定义字符写入
在整个系统中,在单片机的30H、31H和32H中存储当前时间的小时、分钟和秒。由于要用数码管显示当前的时间,必须用到分字和合字,因此在33H、34H、35H、36H、37H和38H中存储当前时间的时十位、时个位、分十位、分个位、秒十位和秒个位,方便显示。
本设计有由四个轻触按键组成的小键盘,这些按键可以任意改变当前的状态。按功能移位键一次,表示当前要校对小时的十位;按第二次,表示当前校对的是小时的个位;按第三次,则表示校对的是分钟的十位;第四次,表示的校对的是分钟的个位。按下数字“+” 键和数字“-”键可在当前校对的数字上相应加上1或者减去1。
本设计采用查表方式,在程序里预先存储两个表格,即日常作息时间表和考试时间表,可以通过手动按键来选择所要执行的时间表。并且用红、绿发光二极管来区别当前所执行的时间表。系统开机后,按功能移位键就可以调整当前的时间,整个系统操作简单,功能明确。
显示数据时,先把要显示的数据送到数据缓冲区SBUF中,再从SBUF中显示。串行口缓冲寄存器SBUF器是可直接寻址的专用寄存器。在物理上,它对应着两个寄存器,一个发送寄存器,一个接收寄存器。CPU写SBUF,就是修改发送寄存器;读SBUF,就是读接收寄存器。接收器是双缓冲的,以避免在接收下一帧数据之前,CPU未能及时响应接收器的中断,没有把上一帧数据读走,而产生两帧数据重叠的问题。对于发送器,为了保持最大的传输速率,一般不需要双缓冲,因为发送时CPU是主动的,不会产生写重叠的问题。
五、心得体会
在享受我们成果之时,懂得的重要性与高难度性,所以为期一周的单片机课程设计没有浪费,我们从中学到了很多知识.,也让我们对单片机有了更深一步的了解.虽然最后结果是出来了,可这与老师的精心指导是分不开的。
通过对这程序的制作,是我对单片机的基本知识的使用更加熟练,同时也增加了我对单片机的一些认识,在作业完成过程中通过和同学的交流,也增加了合作的技巧。通过查阅资料也学到了一些课本上没有的东西,拓宽了自己的知识面,增加了学好单片机的信心。
这次实训虽然其中会有些错误和失败,但总的来说是受益匪浅,在运用中发现问题,解决问题,就是最大的收获。专心做自己的事,是一种乐趣;互相交流,是大家一起进步的必要过程;上网查阅资料,是获得所需信息的有效途径。我想,这些练习和经验都将是我以后最宝贵的财富!
附录:实验主程序及注释 #include <reg51.h> #include <intrins.h> unsigned char code dis_week[]={"SUN,MON,TUE,WED,THU,FRI,SAT"};
unsigned char code para_month[13]={0,0,3,3,6,1,4,6,2,5,0,3,5};
void pro_timedate(); //时间日期处理程序
void pro_display(); //显示处理程序
void pro_key(); //按键处理程序
void time_alarm(); //定时报警 //星期月参变数
unsigned char data dis_buf1[16]; //lcd上排显示缓冲区
unsigned char data dis_buf2[16]; //lcd下排显示缓冲区
unsigned char data year,month,date,week;//年、月、日、星期
unsigned char data armhour,armmin,armsec;//闹钟时、分、秒
unsigned char data hour,min,sec,sec100; //时、分、秒、百分之一秒
unsigned char data flag,vkey,skey;//设置状态计数标志、按键先前值、按键当前值 bit alarm; //标识是否启用闹钟,1--启用,0--关闭
sbit rs = P2^0; //LCD数据/命令选择端(H/L)
sbit rw = P2^1; //LCD读/写选择端(H/L)
sbit ep = P2^2; //LCD使能控制
sbit PRE = P3^3; //调整键(AN3)
sbit SET = P3^4; //调整键(AN4)
sbit SPK = P3^6;
void delayms(unsigned char ms); //延时程序 bit lcd_busy(); //测试LCD忙碌状态程序
void lcd_wcmd(char cmd); //写入指令到LCD程序
void lcd_wdat(char dat); //写入数据到LCD程序
void lcd_pos(char pos); //LCD数据指针位置程序
void lcd_init(); //LCD初始化设定程序
功能(闹钟)
unsigned char scan_key(); //按键扫描程序
unsigned char week_proc(); //星期自动计算与显示函数
bit leap_year(); //判断是否为闰年
void lcd_sef_chr(); //LCD自定义字符程序 void update_disbuf(unsigned char t1,unsigned char t2[],unsigned char dis_h,unsigned char dis_m,unsigned char dis_s);
//更新显示缓冲区函数
// 延时程序
void delay(unsigned char ms) { while(ms--)
{ unsigned char i;
for(i = 0; i< 250; i++) {
_nop_(); //执行一条_nop_()指令为一个机器周期 _nop_(); _nop_(); _nop_(); } } }
//测试LCD忙碌状态 bit lcd_busy() {
bit result; rs = 0;
rw = 1; ep = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();
result =(bit)(P0&0x80); //LCD的D0--D7中,D7=1为忙碌,D7=0为空闲 ep = 0;
return result; }
//写入指令到LCD
void lcd_wcmd(char cmd)
{
while(lcd_busy()); //当lcd_busy为1时,再次检测LCD忙碌状态,lcd-busy为0时,开始写指令
rs = 0; rw = 0; ep = 0; _nop_(); _nop_(); P0 = cmd; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); ep = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); ep = 0; }
//写入数据到LCD
void lcd_wdat(char dat) {
while(lcd_busy()); //当lcd_busy为1时,再次检测LCD忙碌状态,lcd-busy为0时,开始写数据
rs = 1; rw = 0; ep = 0; P0 = dat;
_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); ep = 1; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); ep = 0; }
//LCD数据指针位置程序 void lcd_pos(char pos) {
lcd_wcmd(pos|0x80); //数据指针=80+地址码(00H~27H,40H~67H) }
//设定二个自定义字符,(注意:LCD1602中自定义字符的地址为0x00--0x07,即可定义8个字符) //这里我们设定把一个自定义字符放在0x00位置(000),另一个放在0x01位子(001) void lcd_sef_chr() { //第一个自定义字符
lcd_wcmd(0x40); //"01 000 000" 第1行地址 (D7D6为地址设定命令形式D5D4D3为字符存放位置(0--7),D2D1D0为字符行地址(0--7)) lcd_wdat(0x1f); //"XXX 11111" 第1行数据(D7D6D5为XXX,表示为任意数(一般用000),D4D3D2D1D0为字符行数据(1-点亮,0-熄灭) lcd_wcmd(0x41); //"01 000 001" 第2行地址
lcd_wdat(0x11); //"XXX 10001" 第2行数据
lcd_wcmd(0x42); //"01 000 010" 第3行地址
lcd_wdat(0x15); //"XXX 10101" 第3行数据
lcd_wcmd(0x43); //"01 000 011" 第4行地址
lcd_wdat(0x11); //"XXX 10001" 第4行数据
lcd_wcmd(0x44); //"01 000 100" 第5行地址
lcd_wdat(0x1f); //"XXX 11111" 第数据
lcd_wcmd(0x45); //"01 000 101" 第地址
lcd_wdat(0x0a); //"XXX 01010" 第数据
lcd_wcmd(0x46); //"01 000 110" 第5行6行6行7行数据 }
地址
lcd_wdat(0x1f); //"XXX 11111" 数据
lcd_wcmd(0x47); //"01 000 111" 地址
lcd_wdat(0x00); //"XXX 00000" 数据
//第二个自定义字符
lcd_wcmd(0x48); //"01 001 000" 地址
lcd_wdat(0x01); //"XXX 00001" 数据
lcd_wcmd(0x49); //"01 001 001" 地址
lcd_wdat(0x1b); //"XXX 11011" 数据
lcd_wcmd(0x4a); //"01 001 010" 地址
lcd_wdat(0x1d); //"XXX 11101" 数据
lcd_wcmd(0x4b); //"01 001 011" 地址
lcd_wdat(0x19); //"XXX 11001" 数据
lcd_wcmd(0x4c); //"01 001 100" 地址
lcd_wdat(0x1d); //"XXX 11101" 数据
lcd_wcmd(0x4d); //"01 001 101" 地址
lcd_wdat(0x1b); //"XXX 11011" 数据
lcd_wcmd(0x4e); //"01 001 110" 地址
lcd_wdat(0x01); //"XXX 00001" 数据
lcd_wcmd(0x4f); //"01 001 111" 地址
lcd_wdat(0x00); //"XXX 00000"
//LCD初始化设定 第7行void lcd_init()
{
第8行 lcd_wcmd(0x38); //设置LCD为16X2显示,5X7点阵,八位数据借口 第8行
delay(1);
lcd_wcmd(0x0c); //LCD开显示及光标设置(光标不闪烁,不显示"-") 第1行 delay(1);
lcd_wcmd(0x06); //LCD显示光标移动第1行设置(光标地址指针加1,整屏显示不移动) delay(1);
第2行 lcd_wcmd(0x01); //清除LCD的显示内容
第2行 delay(1); } 第3行
//闰年的计算 第3行bit leap_year() {
第4行 bit leap;
if((year%4==0&&year%100!=0)||year%400=第4行=0)//闰年的条件 leap=1; 第5行 else
leap=0; 第5行 return leap; } 第6行
//星期的自动运算和处理 第6行unsigned char week_proc() { unsigned char num_leap; 第7行 unsigned char c;
num_leap=year/4-year/100+year/400;//自第7行00年起到year所经历的闰年数
if( leap_year()&& month<=2 ) //既第8行是闰年且是1月和2月 c=5; 第
8行
else
c=6;
week=(year+para_month[month]+date+num_leap+c)%7;//计算对应的星期 return week; }
//更新显示缓冲区 void update_disbuf(unsigned char t1,unsigned char t2[],unsigned char dis_h,unsigned char dis_buf2[14]=dis_s/10+48; dis_buf2[15]=dis_s%10+48; }
//时间和日期处理程序 void pro_timedate() {
sec++;
dis_m,unsigned char dis_s)
{ dis_buf1[0]=t1; // dis_buf1[1]=0x20; //空格 dis_buf1[2]=50; //'2' dis_buf1[3]=48; //'0' dis_buf1[4]=year/10+48; dis_buf1[5]=year%10+48; dis_buf1[6]=0x2d;
dis_buf1[7]=month/10+48; dis_buf1[8]=month%10+48;
dis_buf1[9]=0x2d; //'-' dis_buf1[10]=date/10+48; dis_buf1[11]=date%10+48; dis_buf1[12]=0x20;
dis_buf1[13]=dis_week[4*week]; dis_buf1[14]=dis_week[4*week+1]; dis_buf1[15]=dis_week[4*week+2];
dis_buf2[0]=t2[0]; dis_buf2[1]=t2[1]; dis_buf2[2]=t2[2]; dis_buf2[3]=t2[3]; dis_buf2[4]=t2[4]; dis_buf2[5]=t2[5];
dis_buf2[6]=t2[6]; //空格 if (alarm)
dis_buf2[7]=0x01; //alarm=1,显示闹钟启用标致(第二个自定义字符) else
dis_buf2[7]=0x20; //alarm=0,不显示闹钟启用标致
dis_buf2[8]=dis_h/10+48; dis_buf2[9]=dis_h%10+48;
dis_buf2[10]=0x3a; //':' dis_buf2[11]=dis_m/10+48; dis_buf2[12]=dis_m%10+48; dis_buf2[13]=0x3a;
if(sec > 59) {sec = 0; min++; if(min>59) {min=0; hour++; if(hour>23) {hour=0; date++; if
(month==1||month==3||month==5||month==7||month==8||month==10||month==12) if (date>31) {date=1;month++;} //大月31天
if
(month==4||month==6||month==9||month==11)
if (date>30) {date=1;month++;} //小月30天
if (month==2) {if( leap_year()) //闰年的条件 {if (date>29) {date=1;month++;}} //闰年2月为29天
else {if (date>28) {date=1;month++;}} //平年2月为28天
} if (month>12) {month=1;year++;}
if (year>99) year=0; } }
}
week_proc();
if (sec==armsec && min==armmin && } hour==armhour) {if (alarm)
TR1=1; //闹钟启用时,报警时间到,启动Timer1 } }
//显示处理程序 void pro_display() { unsigned char i; lcd_pos(0x00);
for (i=0;i<=15;i++)
{lcd_wdat(dis_buf1[i]);}
lcd_pos(0x40);
for (i=0;i<=15;i++)
{lcd_wdat(dis_buf2[i]);} }
//Timer0中断处理程序,秒的产生 void timer0() interrupt 1 {
TH0=0xD8; TL0=0xF0; sec100++;
if(sec100 >= 100) //1秒时间(100*10ms=1000ms=1s) {sec100 = 0;
pro_timedate();//调用时间和日期处理程序 }
if (sec&0x01)
//"__run__"闪一秒,停一秒 update_disbuf(0x00,"
",hour,min,sec); //0x00表示显示00位置的自定义字符 else
update_disbuf(0x00,"__run__",hour,min,sec);
pro_display(); //调用显示处理函数
//按键扫描程序
unsigned char scan_key() {
skey=0x00; //给变量vkey置初值
skey|=PRE; //读取PRE键的状态
skey=skey<<1; //将PRE键的状态存于skey的B1位 skey|=SET;
//读取SET键的状态,并存于skey的B0位
return skey;
//返回skey的键值(即PRE,SET的状态) }
//外部中断INT0中断处理程序 void int0() interrupt 0 {
TR0=0; //禁止Timer0
IE=0; //禁止中断
lcd_wcmd(0x0e); //显示光标"_",整个光标不闪烁 alarm=1;
update_disbuf(0x50,"alarm_",armhour,armmin,armsec); //更新显示数据,0x50表示要显示"P"
pro_display(); //调用显示处理程序
lcd_pos(0x47); //使光标位于第一个调整项下
flag=0;
vkey=0x03;
while(flag^0x0a)
{skey = scan_key(); //扫描按键状态
if (skey^vkey)
//若skey与vkey相同,跳出循环,相异执行循环体
{ delay(10); //去按键抖动
skey = scan_key(); //转回扫描按键状态 if (skey^vkey)
//若skey与vkey相同,跳出循环,相异执行循环体
{ vkey=skey; //将skey的值付给vkey if (skey==0x01) //PRE键按下
{ flag++; //调整标志位加1
switch (flag) //将光标置于相应调整位置
{
case 1: lcd_pos(0x49);break; //光标置小时报警设置位置
case 2: lcd_pos(0x4c);break; //光标置分钟报警设置位置
case 3: lcd_pos(0x4f);break; //光标置秒时报警设置位置
case 4: update_disbuf(0x50,"time_ ",hour,min,sec);
pro_display();
lcd_pos(0x05);break; //光标置年调整位置
case 5: lcd_pos(0x08);break; //
光标置月调整位置
case 6: lcd_pos(0x0b);break; //光标置日调整位置
case 7: lcd_pos(0x49);break; //光标置时调整位置
case 8: lcd_pos(0x4c);break; //光标置分调整位置
case 9: lcd_pos(0x4f);break; //光标置秒调整位置
default:break;
} } if (skey==0x02) //SET键按下
{
pro_key(); //转设置按键处理程序 } }
}
}
lcd_wcmd(0x0c);
//设置LCD开显示及光标不闪烁,不显示"-"
lcd_wcmd(0x01); //清除LCD的显示内容
IE=0x8f; //CPU开中断,INT0,INT1,开中断 TR0=1; //Timer0启动 }
//主程序,初始化及初值设定 void main() {
lcd_init(); //初始化LCD
lcd_sef_chr(); //写入自定义字符号
hour=0;min=0;sec=0; //开机时的时,分,秒显示
armhour=0;armmin=0;armsec=0; //开机时的时,分,秒报警初值
year= 5; month=1;date=1; //开机时的年,月,日,星期显示 week_proc();
alarm=1; //初始开机,启用闹钟
IE = 0x8f;
//CPU开中断,INT0,INT1,Timer0,Timer1开中断
IP = 0x04; //设置INT0为中断最高优先级
IT0=0;IT1=0; //外部INT0,INT1设置为电平触发方式(注意,触发不要选边沿方式,易误动)
TMOD = 0x11; //Timer0,Timer1工作于模式1, 16位定时方式
TH0 = 0xdc;TL0 = 0x00; //Timer0置10ms定时初值 TH1 = 0xff;TL1 = 0x00; //Timer1置初值
TR0 = 1; //Timer0启动 TR1 = 0; while(1); }
//设置按键处理程序 void pro_key() {
switch (flag) {
case 0:alarm=!alarm; //启用或关闭闹钟(alarm=1:启用,alarm=0:关闭)
update_disbuf(0x50,"alarm_",armhour,armmin,armsec); //更新显示数据
pro_display();
//调用显示处理
lcd_pos(0x47);break;
//光标回到原调整位置
case 1:armhour++;
if (armhour>23) armhour=0;
update_disbuf(0x50,"alarm_",armhour,armmin,armsec); //更新显示数据
pro_display();
//调用显示处理 lcd_pos(0x49);break;
//光标回到原调整位置
case 2:armmin++;
if (armmin>59) armmin=0;
update_disbuf(0x50,"alarm_",armhour,armmin,armsec);
pro_display();
lcd_pos(0x4c);break; case 3:armsec++;
if (armsec>59) armsec=0;
update_disbuf(0x50,"alarm_",armhour,armmin,armsec);
pro_display();
lcd_pos(0x4f);break;
case 4:year++;
if (year> 99) year= 0;
week_proc(); //星期自动运算
update_disbuf(0x50,"time_ ",hour,min,sec);
pro_display();
lcd_pos(0x05);break; case 5:month++;
if (month>12) month=1; week_proc(); //星期自动运算
update_disbuf(0x50,"time_ ",hour,min,sec);
pro_display();
lcd_pos(0x08);break; case 6:date++; if
(month==1||month==3||month==5||month==7||month==8||month==10||month==12)
if (date>31) date=1; //大月31天 if
(month==4||month==6||month==9||month==11)
if (date>30) date=1; //小月30天
if (month==2) {if(leap_year()) //闰年的条件 {if (date>29) date=1;} //闰年2月为29天 else {if (date>28) date=1;}} //平年2月为28天 week_proc(); //星期自动运算
update_disbuf(0x50,"time_ ",hour,min,sec);
pro_display();
lcd_pos(0x0b);break;
case 7:hour++;
if (hour>23) hour=0;
update_disbuf(0x50,"time_ ",hour,min,sec);
pro_display();
lcd_pos(0x49);break; case 8:min++;
if (min>59) min=0;
update_disbuf(0x50,"time_ ",hour,min,sec);
pro_display();
lcd_pos(0x4c);break; case 9:sec++;
if (sec>59) sec=0;
update_disbuf(0x50,"time_ ",hour,min,sec);
pro_display();
lcd_pos(0x4f);break; default: break ; } }
//Timer1中断处理程序,产生报警的声音 void timer1() interrupt 3 {
TH1=0x80; TL1=0x00; SPK=~SPK; t++;
}
//外部中断INT1中断处理程序,停止报警声音void int1() interrupt 2 {
if(TR1)
TR1=0; }
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